晶體管及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電子元件及其制作方法，且特別是有關(guān)于一種晶體管及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于許多半導(dǎo)體材料對氣體、液體或溫度等環(huán)境變化有很好的靈敏度，適于被應(yīng)用為感測元件，若與微處理器組合可成為智能檢測器，因此在一般家庭或工廠環(huán)境中都有很好的利用價值。
[0003]其中，為了達(dá)到較佳的靈敏度以及提升感測反應(yīng)的速率，提高反應(yīng)表面積是一個直接有效的選擇。為達(dá)到此目的，一般以制作孔洞化結(jié)構(gòu)于半導(dǎo)體元件的方式為主。孔洞化結(jié)構(gòu)的晶體管，目前是以微影、蝕刻方式處理，其制作成本高且費(fèi)時，在沉積多層結(jié)構(gòu)時也需多道處理才能完成。另一方面，金屬氧化物在成膜之后定義結(jié)構(gòu)也有相當(dāng)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種晶體管及其制作方法，晶體管具有孔洞化的主動層，而且晶體管的制作方法可通過低成本及簡易處理來實(shí)現(xiàn)具有孔洞化主動層的晶體管。
[0005]本發(fā)明的一實(shí)施例的晶體管包括基板、柵極層、第一絕緣層、主動層、源極及漏極。柵極層配置于基板上，且具有多個第一貫孔。第一絕緣層覆蓋柵極層及基板的被這些第一貫孔所暴露出的部分，并形成分別對應(yīng)于這些貫孔的多個凹陷。主動層配置于第一絕緣層上，并具有多個第二貫孔，其中這些第二貫孔分別與這些凹陷相通。源極配置于部分主動層上。漏極配置于另一部分主動層上。
[0006]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的晶體管還包括絕緣材料層，配置于基板上，且位于柵極層與基板之間，其中絕緣材料層具有多個分別與這些第一貫孔相通的孔洞。
[0007]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的晶體管還包括第二絕緣層及柵極結(jié)構(gòu)。第二絕緣層配置于主動層上，且覆蓋第一絕緣層的被這些第二貫孔所暴露出的部分而形成多個第三貫孔。柵極結(jié)構(gòu)配置于第二絕緣層上，且伸入這些第三貫孔。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的每一第二貫孔的直徑實(shí)質(zhì)上等于對應(yīng)的凹陷的內(nèi)徑。
[0009]本發(fā)明的一實(shí)施例的晶體管的制作方法包括:提供基板；于基板上形成絕緣材料層；放置復(fù)數(shù)個阻擋球于部分絕緣材料層的表面上；形成導(dǎo)電層于絕緣材料層的表面上；移除這些阻擋球，以使導(dǎo)電層成為具有多個貫孔的柵極層；移除絕緣材料層的被這些貫孔暴露的部分，并使絕緣材料層具有分別與這些第一貫孔相通的凹陷；形成第一絕緣層，使第一絕緣層覆蓋于柵極層上且形成于凹陷中；在柵極層上方形成主動層，其中主動層具有分別與這些第一貫孔相通的多個第二貫孔，且第一絕緣層分隔該柵極層與該主動層；分別形成源極及漏極于主動層的一部分與另一部分上。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的移除絕緣材料層的被這些貫孔暴露的部分包括以柵極層作為蝕刻阻擋層以蝕刻絕緣材料層的被這些貫孔暴露的部分。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的在柵極層上形成主動層的方法包括讓主動層自然形成于覆蓋柵極層上的部分第一絕緣層之上，且主動層自然形成這些第二貫孔。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的晶體管的制作方法還包括:形成第二絕緣層，其中第二絕緣層位于該主動層上，且覆蓋第一絕緣層之被這些第二貫孔所暴露出的部分而形成第三貫孔；以及形成柵極結(jié)構(gòu)，其中柵極結(jié)構(gòu)位于部分第二絕緣層上，且伸入第三貫孔而形成柵極突出部。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的絕緣材料層的材質(zhì)包括有機(jī)介電材料。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的阻擋球的材質(zhì)包括有機(jī)材料。
[0015]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的柵極層、源極及漏極的材質(zhì)包括金屬材料。
[0016]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的第一絕緣層的材質(zhì)包括金屬氧化物材料。
[0017]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的主動層的材質(zhì)包括金屬氧化物半導(dǎo)體材料或有機(jī)半導(dǎo)體材料。
[0018]基于上述，在本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管中，通過互相相通的凹陷與第二貫孔所形成的孔洞化結(jié)構(gòu)，使得晶體管的主動層具有孔洞化結(jié)構(gòu)。如此一來，可使晶體管發(fā)展成其主動層與外界的接觸面積較大的感測元件，進(jìn)而增加感測元件的感測靈敏度，或者發(fā)展成源極與漏極之間的通道寬度較大的鰭式場效晶體管。再者，在本發(fā)明的實(shí)施例的晶體管的制作方法中，通過阻擋球以及導(dǎo)電層的處理步驟，得以低成本且省時的方式制作出具有上述孔洞化結(jié)構(gòu)的晶體管，因此具有潛在的商業(yè)價值。
[0019]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0020]圖1A為本發(fā)明的一實(shí)施例中晶體管的立體圖；
[0021]圖1B為圖1A的實(shí)施例中晶體管的剖面圖；
[0022]圖1C為本發(fā)明的再一實(shí)施例中晶體管的立體圖；
[0023]圖1D為具有圖1C的晶體管沿著1-1線切開的斷面的立體圖；
[0024]圖2A至圖2G為本發(fā)明的另一實(shí)施例中晶體管的制作方法的流程的剖面示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明:
[0026]100、200:晶體管；
[0027]110:基板；
[0028]120:柵極層；
[0029]120a:導(dǎo)電層；
[0030]122:第一貫孔；
[0031]130:第一絕緣層；
[0032]132、132，:凹陷；
[0033]140:主動層；
[0034]142:第二貫孔；
[0035]150:源極；
[0036]160:漏極；
[0037]170、170a:絕緣材料層；
[0038]172:孔洞；
[0039]180:第二絕緣層；
[0040]182:第三貫孔；
[0041]190:柵極結(jié)構(gòu)；
[0042]192:柵極突出部；
[0043]B:阻擋球。
【具體實(shí)施方式】
[0044]圖1A為本發(fā)明的一實(shí)施例中晶體管的立體圖。圖1B為圖1A的實(shí)施例中晶體管的剖面圖。請參考圖1A及圖1B，本實(shí)施例的晶體管100包括基板110、柵極層120、第一絕緣層130、主動層140、源極150及漏極160。基板110可以是絕緣基板、導(dǎo)電基板或半導(dǎo)體基板，且基板110的材質(zhì)可以為玻璃、硅、金屬或其組合。柵極層120配置于基板110上，且具有多個第一貫孔122。在本實(shí)施例中，柵極層120的材質(zhì)可以為金屬材料，例如是鋁。在本實(shí)施例中，晶體管100還包括絕緣材料層170，配置于基板110上，且位于柵極層120與基板110之間。絕緣材料層170具有多個分別與這些第一貫孔122相通的孔洞172。絕緣材料層170的材質(zhì)包括有機(jī)介電材料,例如是聚乙烯卩比略唆酮(polyvinyl pyrrolidone,簡稱 PVP)。
[0045]第一絕緣層130覆蓋柵極層120及基板110的被這些第一貫孔122所暴露出的部分，并形成分別對應(yīng)于這些第一貫孔122的多個凹陷132。由于每一孔洞172與其對應(yīng)的柵極層120的一個第一貫孔122相通，使得第一絕緣層130可覆蓋基板110的被每一第一貫孔122及孔洞172所暴露出的部分。其中，第一絕緣層130的材質(zhì)包括金屬氧化物材料，例如是氧化鋁(Al2O3)。
[0046]主動層140配置于第一絕緣層130上，并具有多個第二貫孔142，這些第二貫孔142分別與這些凹陷132相通，且每一第二貫孔142的直徑實(shí)質(zhì)上等于對應(yīng)的凹陷132的內(nèi)徑。主動層140的材質(zhì)包括金屬氧化物半導(dǎo)體材料,例如是氧化銦鎵鋅(indium galliumzinc oxide,簡稱IGZO)或氧化鋅(zince oxide,簡稱ZnO),其也可以是有機(jī)半導(dǎo)體材料，例如是聚噻吩共軛高分子(poly(3-hexylth1phene-2, 5-diyl),簡稱P3HT)。
[0047]晶體管100還包括源極150及漏極160,源極150配置于部分主動層140上,且漏極160配置于另一部分的主動層140上。在本實(shí)施例中，源極150與漏極160分離配置于主動層140上。源極150與漏極160的材質(zhì)包括金屬材料，例如是鋁。
[0048]在本實(shí)施例中，晶體管100上彼此對應(yīng)且相通的孔洞172、第一貫孔122、凹陷132及第二貫孔142形成如圖1A及圖1B所示的具有孔洞化結(jié)構(gòu)的晶體管100，使得本實(shí)施例的晶體管100的主動層140與外界有較大的接觸面積，可作為具有良好靈敏度的感測元件，例如是氣體、液體或溫度感測元件。此外，本實(shí)施例的晶體管100結(jié)構(gòu)也便利于后續(xù)材料沉積的處理。
[0049]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，若基板110的材質(zhì)為絕緣材料，可省去絕緣材料層170，其余結(jié)構(gòu)如同圖1A及圖1B的實(shí)施例，以達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單化的功效。
[0050]在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，上述的孔洞化結(jié)構(gòu)也可設(shè)計(jì)為具有條紋狀溝槽的結(jié)構(gòu)，其剖面可如同圖1B所示，以增加主動層140與外界的接觸面積。
[0051]圖1C為本發(fā)明的再一實(shí)施例中晶體管的立體圖。圖1D為具有圖1C的晶體管沿著1-1線切開的斷面的立體圖。請參考圖1C及圖1D。本實(shí)施例的晶體管200為圖1A及圖1B所示的實(shí)施例的延伸應(yīng)用。本實(shí)施例的晶體管200與圖1A及圖1B的晶體管100類似，而兩者的主要差異在于本實(shí)施例的晶體管200還包括第二絕緣層180以及柵極結(jié)構(gòu)190。換言之，在本實(shí)施例中，即利用圖1A及圖1B的實(shí)施例的晶體管100的結(jié)構(gòu)再形成第二絕緣層180以及柵極結(jié)構(gòu)190，其中第二絕緣層180配置于主動層140上，且覆蓋第一絕緣層130的被這些第二貫孔142所暴露出的部分而形成第三貫孔182。柵極結(jié)構(gòu)190配置于第二絕緣層180上且伸入第三貫孔182而形成多個柵極突出部192。在本實(shí)施例中，第二絕緣層180是覆蓋部分源極150以及部分漏極160。然而，在其他實(shí)施例中也可以是第二絕緣層180未覆蓋源極150和漏極160。本發(fā)明并不以此為限。第二絕緣層180的材質(zhì)包括金屬氧化物材料，例如是氧化鋁(Al2O3)。柵極結(jié)構(gòu)190的材質(zhì)可以為金屬材料，例如是鋁。
[0052]在上述的實(shí)施例中，利用晶體管200的孔洞化結(jié)構(gòu)，在具有孔洞化結(jié)構(gòu)的主動層140上配置具有柵極突出部192的柵極